ACTIVITY AND POSTURE RECOGNITION FOR THE ELDERLY BASED ON A
WEARABLE DEVICE
MAR´IA GABRIELA CAJAMARCA
Tesis para optar al grado de
Mag´ıster en Ciencias de la Ingenier´ıa
Profesor supervisor:
VALERIA HERSKOVIC
Santiago de Chile, Agosto 2018
c MMXVII, MAR´IAGABRIELACAJAMARCA
Gracias a todos los que me acompa˜nan en cada parte del proceso, desde los que sufren los vaivenes de “ya no puedo m´as”, como mis padres, hermanos o Teresita.
Gracias a todo el equipo de HumaLabUC que colabora constantemente para que los pasos que doy sean firmes. Valeria, Iyubanit, Carolina, Carmen, Cecilia. . . Gracias no solo por eso, sino por todo lo que est´a por venir. Tambi´en quiero dar las gracias a los residentes y cuidadores de la Fundaci´on las Rosas, por darme su tiempo y ayuda con el experimento.
Gracias a mis amigos cercanos por todos los momentos compartidos, y a los que est´an lejos por alentar mis decisiones y por hacerme sentir tan absolutamente orgullosa del tra- bajo que se est´a realizando.
iv
AGRADECIMIENTOS iv
LISTA DE FIGURAS viii
LISTA DE TABLAS ix
ABSTRACT x
RESUMEN xi
1. Dispositivos port´atiles para personas mayores 1
1.1. Motivaci´on . . . 1
1.1.1. El envejecimiento de la poblaci´on es un problema mundial . . . 1
1.1.2. Envejecimiento y tecnolog´ıa . . . 2
1.1.3. Dispositivos de evaluaci´on y monitoreo postural . . . 3
1.2. Hip´otesis . . . 5
1.3. Objetivos . . . 5
1.4. Metodolog´ıa . . . 5
1.4.1. Caso I. Implementaci´on y evaluaci´on de un dispositivo port´atil para posturas de la columna . . . 8
1.4.2. Caso II: Identificar, mediante observaci´on, las actividades diarias de adultos mayores institucionalizados . . . 10
1.4.3. Caso III. Reconocimiento de actividades para adultos mayores, basado en un dispositivo port´atil . . . 11
1.5. Resultados . . . 13
1.5.1. Caso I. Implementaci´on y evaluaci´on de un dispositivo port´atil para postura de columna . . . 13
1.5.2. Caso II. Identificar, mediante observaci´on, las actividades diarias de adultos mayores institucionalizados . . . 18
v
1.7. Conclusiones . . . 28
2. StraightenUp+: Monitoreo de postura durante actividades diarias para personas mayores usando dispositivos port´atiles 30 2.1. Introducci´on . . . 30
2.2. StraightenUp+: un dispositivo port´atil para controlar la postura de usuarios mayores . . . 34
2.2.1. StraightenUp: prototipo para posturas est´aticas . . . 34
2.2.2. StraightenUp+: Dise˜no y requisitos funcionales . . . 36
2.2.3. StraightenUp+: un dispositivo port´atil para personas mayores . . . 36
2.2.4. StraightenUp+: Implementaci´on . . . 37
2.3. Materiales y m´etodos . . . 39
2.3.1. Estudio de contexto . . . 39
2.3.2. Informaci´on recopilada . . . 40
2.3.3. Participantes . . . 41
2.3.4. Procedimiento . . . 42
2.4. Resultados . . . 43
2.4.1. Descripci´on estad´ıstica . . . 44
2.4.2. Clasificaci´on de posturas . . . 45
2.4.3. Experiencia con StraightenUp+ . . . 47
2.4.4. Entrevistas . . . 48
2.5. Discuci´on . . . 49
2.5.1. Conclusiones . . . 52
BIBLIOGRAF´IA 53
AP ´ENDICES 68
A. AP ´ENDICE 69
vi
vii
1.1 Modelo del proceso de la investigaci´on cient´ıfica basada en el dise˜no . . . 7
1.2 Modelo del proceso de la investigaci´on para el monitoreo postural . . . 8
1.3 Mapa tem´atico de las entrevistas individuales . . . 15
1.4 Valores promedio de atractivo (AT), cualidad pragm´atica (PR), hed´onica identidad (H-I) y caracter´ıstica hed´onica estimulaci´on (H-S) . . . 17
1.5 Evaluaci´on del par de palabras sobre StraightenUp . . . 18
1.6 Puntuaciones en las cuatro dimensiones de Attrakdiff . . . 25
1.7 Evaluaci´on del par de palabras sobre StraightenUp+ . . . 26
2.1 Dise˜no StraightenUp: a) Fase I b) Fase II . . . 37
2.2 Arquitectura generla del sistema StraightenUp+ . . . 38
2.3 Ocho posturas clasificadas . . . 43
2.4 Distribuci´on de datos en el eje “x” para cada sensor durante el monitoreo del torso mientras los residentes llevan a cabo actividades espec´ıficas . . . 45
2.5 Puntuaciones en las cuatro dimensiones de Attrakdiff . . . 47
A.1 Codificaci´on . . . 69
viii
1.1 Estad´ıstica descriptiva (M = media, SD = desviaci´on est´andar) . . . 14
1.2 Matriz de confusi´on para la clasificaci´on de posturas est´aticas . . . 14
1.3 Lista de actividades (A1...A8) . . . 21
1.4 Estad´ıstica descriptiva (M = media, SD = desviaci´on est´andar) . . . 22
1.5 Matriz de confusi´on para actividades . . . 23
2.1 Matriz de confusi´on para actividades . . . 46
2.2 Precisi´on seg´un la cantidad de sensores utilizados . . . 46
ix
The human posture and activity levels are indicators to assess the health and quality of life of people. This information can be monitored and used to evaluate physical and functional parameters. Physical changes due to imbalance of the spine can be the cause of back pain, neurological deterioration, deformity, cosmetic problems, prophylaxis or a combination of those mentioned. These changes are more common in older adults. Some prototypes that can be used to monitor changes in the spine have been proposed, however, the user’s experience with these devices has not been sufficiently considered, in order to understand which are the central characteristics for the long-term use. The purpose of this study is to design a wearable device considering the conditions of the elderly to monitor the posture of the spine using three sensors attached to the trunk and evaluate the user’s experience when using them. First, designed and implemented a prototype called StraightenUp for the static monitoring of the spinal posture, the evaluation of this design was carried out in healthy and young persons. Then, observations are made about the characteristics and limitations of old persons with assisted living to know the rhythm of daily activities. Finally, we propose an improved version of the StraightenUp prototype considering design characteristics and user experience found in its evaluation. A new prototype called StraightenUp+ was created. The evaluation of this new version is done in institutionalized old persons. A high performance of the device was obtained, the sensors are precise enough to detect body postures. Regarding user experience, the participants appreciated it in a very positive way, highlighting its comfort, usability and familiarity with a garment. The findings of this study can be used to support a more complete column posture monitoring technology specifically designed for the aging population.
Keywords: Posture, Monitoring, Elderly, Wearable, Inertial sensors, Activities, Spine.
x
La postura humana y los niveles de actividad son indicadores para evaluar la salud y la calidad de vida de las personas. Esta informaci´on puede ser monitoreada y utilizada para evaluar par´ametros f´ısicos y funcionales. Los cambios f´ısicos por desequilibrio de la columna, pueden ser la causa de dolor de espalda, deterioro neurol´ogico, deformidad, problemas cosm´eticos, o una combinaci´on de los mencionados. Estos cambios son m´as comunes en personas mayores. Se han propuesto algunos prototipos que se pueden usar para el monitoreo de cambios en la columna vertebral, sin embargo, no se ha considerado lo suficiente la experiencia del usuario con estos dispositivos, para entender cu´ales son las caracter´ısticas centrales para el uso a largo plazo. La propuesta de este estudio es dise˜nar dispositivos port´atiles de acuerdo con las condiciones de los ancianos para monitorear la postura de la columna mediante tres sensores adheridos al tronco y evaluar la experien- cia del usuario cuando utilizan estos. Primero, dise˜namos e implementamos un prototipo llamado StraightenUp para el monitoreo est´atico de la postura espinal, la evaluacion de este dise˜no fue en personas sanas y j´ovenes. Luego, se realiza observaciones sobre carac- ter´ısticas y limitaciones de personas mayores con vida asistida para conocer el ritmo de las actividades diarias. Finalmente, proponemos una versi´on mejorada de StraightenUp con- siderando problemas de dise˜no encontrados en su evaluaci´on. Creamos un nuevo prototipo denominado StraightenUp+. La evaluaci´on de esta nueva versi´on se realiza en ancianos institucionalizados. Se obtuvo un alto rendimiento del dispositivo, los sensores son lo suficientemente precisos para detectar posturas corporales. Con respecto a la experiencia del usuario con este dispositivo, los participantes lo apreciaron de manera muy positiva, destacan su comodidad, usabilidad y familiaridad con una prenda de vestir. Los hallazgos de este estudio pueden usarse como apoyo hacia una tecnolog´ıa de monitoreo de posturas de la columna m´as completa espec´ıficamente dise˜nada para la poblaci´on que envejece.
Palabras claves: Postura, Monitoreo, Adulto mayor, Dispositivo, Columna vertebral.
xi
1. DISPOSITIVOS PORT ´ATILES PARA PERSONAS MAYORES
1.1. Motivaci´on
1.1.1. El envejecimiento de la poblaci´on es un problema mundial
Todos los pa´ıses del mundo est´an experimentando un gran crecimiento de personas mayores debido, principalmente, al aumento de la esperanza de vida y la baja tasa de fecundidad (Del Popolo, 2001). De hecho, la Organizaci´on Mundial de la Salud se˜nala que el n´umero de personas mayores de 60 a˜nos se habr´a duplicado, pasando del 11% al 22% en el 2050 (OMS, 2015). Actualmente, existen en Chile 2,6 millones de personas mayores, lo que equivale a 16% de la poblaci´on. Para el 2025 se espera que la poblaci´on chilena sobre 60 a˜nos llegue al 20% superando en porcentaje a la poblaci´on menor de 15 a˜nos (Ministerio de Desarrollo Social, 2012).
El crecimiento proyectado de las poblaciones de mayor edad tiene implicaciones im- portantes en la atenci´on m´edica, vivienda, transporte y educaci´on (Carrigan & Szmigin, 1999). El envejecimiento a menudo se asocia con la disminuci´on progresiva de las capaci- dades funcionales y cognitivas (Yin & Chen, 2005), y debido a estos cambios, muchas per- sonas mayores experimentan dificultades para realizar las tareas de la vida diaria (Schaie
& Willis, 2010). Adem´as, las personas mayores presentan problemas cr´onicos de salud, e.g.; enfermedades cardiovasculares, osteoporosis y deterioro funcional. La persistencia de estos problemas puede afectar la calidad de vida (Gureje et al., 1998).
Aunque los inconvenientes antes descritos son inevitables en las personas mayores, las personas f´ısicamente activas mantienen un funcionamiento saludable m´as largo que los sedentarios (Landi et al., 2007). La actividad f´ısica puede determinarse por la postura y el movimiento. Estas caracter´ısticas pueden ser monitoreadas para proporcionar un perfil completo de la actividad, h´abitos de funcionamiento y consumo corporal de un individuo (Lewis & Valentine, 2010). De hecho, la actividad f´ısica es un indicador l´ıder de salud (Aungst, 2011).
El monitoreo postural constante y a largo plazo, basado en sensores, realizado en el entorno dom´estico natural podr´ıa proporcionar informaci´on clara de la movilidad y postura corporal, en lugar de breves per´ıodos de monitorizaci´on cuando son controlados en la cl´ınica o visitados en el hogar. Adem´as, esta informaci´on puede ser ´util para que los m´edicos e investigadores comprendan el desarrollo y la progresi´on de la enfermedad, ya que ciertos trastornos cr´onicos pueden estar relacionados con el tiempo que se pasa en posturas espec´ıficas.
1.1.2. Envejecimiento y tecnolog´ıa
Las personas mayores se acercan a internet y a la tecnolog´ıa de forma diferente que las personas m´as j´ovenes (Tacken et al., 2005). Este grupo demogr´afico es el m´as heterog´eneo de la sociedad, dado al tiempo que han vivido y una multitud de factores, e.g. el estilo de vida, salud, educaci´on, trabajo y ejercicio (Stedmon et al., 2012a). En Chile, el 17,4% de los adultos no tiene experiencia previa con las computadoras, el 52,4% de los adultos tiene una puntuaci´on igual o por debajo del nivel 1 en la resoluci´on de problemas en ambientes ricos en tecnolog´ıa (Kankaraˇs et al., 2016). Pese a que entre los a˜nos 2013 y 2016 el uso de tecnolog´ıa por parte de personas mayores increment´o, a´un existe una brecha de edad y nivel educacional, y las personas mayores a 75 a˜nos y los que tienen un nivel educacional bajo son los que menos las utilizan (Herrera et al., 2017).
Sin embargo, aunque a menudo son considerados tecn´ofobos, los adultos mayores de hoy son conscientes de los beneficios de la tecnolog´ıa y tienen altas expectativas frente al envejecimiento y estado de salud (Demiris et al., 2004). Ellos est´an dispuestos a probar nuevos sistemas tecnol´ogicos de monitoreo en la vida cotidiana, bajo la influencia de var- ios factores, como la utilidad y la facilidad de uso (Mots et al., 2002). Por lo tanto, un enfoque centrado en las necesidades, condiciones y requisitos de los usuarios mayores es esencial para el desarrollo de tecnolog´ıas asistenciales, en lugar de depender de estereoti- pos o sesgos sociales (Ess´en & ¨Ostlund, 2011). Estas tecnolog´ıas deber´ıan simplificar las tareas y disminuir la carga cognitiva de estos usuarios (Steele et al., 2009).
1.1.3. Dispositivos de evaluaci´on y monitoreo postural
Los avances en la tecnolog´ıa han ayudado en la evaluaci´on y an´alisis del control pos- tural, aunque a trav´es de los dispositivos externos no ha sido posible alcanzar una medida exacta de la posici´on de la columna. Se han usado varias herramientas, desde cuestionar- ios (Walston et al., 1995), rastreo por video (Yu et al., 2012), hasta monitores basados en sensores (Stisen et al., 2015). Los cuestionarios, aunque son herramientas de bajo costo, son t´ıpicamente retrospectivos e incluyen opiniones que pueden dar lugar a decisiones imprecisas (Meijer et al., 1991), mientras que las c´amaras para rastreo de actividades y/o posturas pueden provocar problemas de privacidad (Chen et al., 2004). Los dispositivos basados en sensores inerciales tienen un buen rendimiento, precisi´on y movilidad (Bulling et al., 2014).
Para el monitoreo din´amico, espec´ıficamente de la columna vertebral se han propuesto algunos dispositivos basados en sensores inerciales como aceler´ometros, giroscopios o GPS. Estos dispositivos han demostrado ser efectivos y est´an ganando popularidad (Zheng et al., 2013). De hecho, estos sistemas se han utilizado en diversas poblaciones, incluidos personas sanas (Cajamarca et al., 2017), personas mayores (Zhou et al., 2009), pacientes de Parkinson (Salarian et al., 2007), y pacientes de osteoartritis (Farr et al., 2008). Estudios previos han demostrado que la cantidad y la ubicaci´on de los sensores port´atiles tienen un impacto significativo en la medici´on de las posturas y aceleraciones del cuerpo humano (Cleland et al., 2013; Arif & Kattan, 2015). Sin embargo, la identificaci´on de la ubicaci´on ideal para el acoplamiento de sensores port´atiles es a´un discutible. Se intent´o monitorear la inclinaci´on del tronco de un sujeto que tuvo cifosis con un ´unico aceler´ometro triax- ial sujetado en la parte baja del tronco, logrando detectar cambios posturales (Lou et al., 2001). Se usaron dos sensores, uno en la parte superior del tronco (ap´ofisis espinosa) y el otro en la parte inferior del tronco (sacro), para medir los movimientos tridimensionales de la columna lumbar en tiempo real (R. Y. Lee et al., 2003). Para el monitoreo de actividades en la vida diaria se usaron seis sensores a lo largo de la columna vertebral de un sujeto, encontrando una precisi´on de ± 0,39olo que es un sistema prometedor para monitorear los
cambios en la curvatura de la espalda (Nevins et al., 2002). Por otro lado, algunos estudios indican que los sensores port´atiles colocados en la cintura proporcionan la mayor precisi´on para predecir los movimientos del cuerpo (Pannurat et al., 2017), incluso cuando ocurre una ca´ıda (Suriani et al., 2018). Sin embargo, debido a que los dispositivos montados en la cadera generalmente se colocan en cinturones y se usan en la ropa, han causado proble- mas de cumplimiento, muchos participantes quitan el dispositivo para dormir o ducharse y se olvidan de reemplazarlo (Troiano et al., 2014). Adem´as, esta ubicaci´on requiere m´as consideraci´on para personas obesas (Berlin et al., 2006), si el sensor no est´a orientado ver- ticalmente, la medici´on puede no ser precisa (Kinnunen et al., 2011; Corder et al., 2007).
El uso de un solo aceler´ometro 3D permite la detecci´on de actividad al registrar patrones de aceleraci´on (Soaz & Diepold, 2016), aunque la inclusi´on de m´as sensores puede mejo- rar la precisi´on (Banos et al., 2015). Es probable que el aumento del sensor aumente el costo y reduzca la comodidad del usuario. La colocaci´on de aceler´ometros en m´ultiples ubicaciones puede ser molesta para el usuario, especialmente en aplicaciones de moni- toreo a largo plazo (Cates et al., 2018). De hecho, se ha considerado reducir el n´umero de sensores para encontrar una relaci´on ´optima entre usabilidad y rendimiento (Awais et al., 2016). La mayor´ıa de investigaciones se ha centrado principalmente en demostrar la precisi´on de estos sensores, prestando menos atenci´on al monitoreo de la actividad, y sin considerar un dise˜no espec´ıficamente para la poblaci´on que envejece, donde es importante considerar aspectos pr´acticos como su usabilidad y est´etica, factores que generalmente son importantes para mejorar la experiencia del usuario (Wu & Munteanu, 2018; Peetoom et al., 2015).
Por lo tanto, en esta tesis, se propone mejorar la experiencia del usuario al monitorear las actividades de personas mayores mediante un sistema de sensores fijado a la columna que consta de tres sensores inerciales (aceler´ometros y giroscopios) distribuidos a lo largo del tronco.
1.2. Hip´otesis
Las hip´otesis de este estudio son las siguientes:
(i) Un dispositivo port´atil ubicado en la columna vertebral de adultos mayores per- mite monitorear sus actividades de la vida diaria, y
(ii) Las personas mayores con bajas competencias digitales y moderado deterioro funcional tienen una actitud positiva hacia el uso de tecnolog´ıas para monitorear la postura de la columna vertebral mediante tres sensores adheridos al tronco.
1.3. Objetivos
En relaci´on con las hip´otesis descritas anteriormente, la investigaci´on tiene como obje- tivo general, identificar los factores que influyen en la experiencia del usuario de personas mayores con bajas competencias digitales que interact´uan con un dispositivo port´atil que monitorea continuamente la postura espinal, espec´ıficamente:
(i) Dise˜nar prototipos para el monitoreo de la postura espinal en actividades diarias en personas mayores.
(ii) Identificar la percepci´on que el adulto mayor tiene respecto a los dispositivos que monitorean su postura espinal.
(iii) Evaluar la experiencia del usuario de personas mayores que interact´uan con un dispositivo port´atil ubicado en la columna vertebral.
1.4. Metodolog´ıa
De acuerdo con los objetivos de la investigaci´on, se consider´o apropiado utilizar la metodolog´ıa de Investigaci´on Basada en Dise˜no (IBD) ´o “design-based research”. Este m´etodo utiliza el dise˜no como t´ecnica de investigaci´on, es decir; el an´alisis del uso y el rendimiento de los artefactos dise˜nados para comprender, explicar y, con mucha fre- cuencia, mejorar el comportamiento de los aspectos de los sistemas de informaci´on. Los
artefactos pueden ser constructos, t´ecnicas y m´etodos, modelos, teor´ıa bien desarrollada para satisfacer de manera efectiva y eficiente conjuntos de requisitos funcionales. (March
& Smith, 1995). Para enfocar la actividad de dise˜no a nivel intelectual, (Simon, 1996) hace una clara distinci´on entre “ciencia natural” y “ciencia artificial”. La ciencia “natural” tiene como objetivo central explorar, describir, explicar y, cuando sea posible, predecir, mientras que las ciencias “artificiales” deben preocuparse de c´omo las cosas deben ser para alcanzar determinados objetivos, sea para solucionar un problema conocido, o para proyectar algo que a´un no existe. De esta forma, podemos definir IBD como una actividad de investi- gaci´on que inventa o construye artefactos nuevos e innovadores para resolver problemas o lograr mejoras, es decir, IBD aborda la investigaci´on a trav´es de la construcci´on y evalu- aci´on de artefactos dise˜nados para satisfacer las necesidades identificadas. Tales artefactos nuevos e innovadores crean una nueva realidad, en lugar de explicar la realidad existente o ayudar a darle sentido (Vaishnavi & Kuechler, 2015).
A manera de s´ıntesis, a continuaci´on, se presenta un modelo del proceso general apli- cado para IBD (Ver Fig. 1.1). Este modelo es una adaptaci´on de un modelo de proceso de dise˜no computable (Takeda et al., 1990).
Figura 1.1. Modelo del proceso de la investigaci´on cient´ıfica basada en el dise˜no
En este modelo, la investigaci´on presenta 5 pasos del proceso:
(i) Describir las condiciones iniciales del contexto (ii) Extraer sugerencias a partir de la teor´ıa existente (iii) Implementaci´on de un dise˜no tentativo.
(iv) La utilidad, calidad y eficacia de un artefacto de dise˜no debe demostrarse rig- urosamente a trav´es de m´etodos de evaluaci´on bien ejecutados. La evaluaci´on y otras sugerencias se realizan con frecuencia de forma iterativa (flecha de mejo- ramiento).
(v) Finalmente, los resultados de la investigaci´on en ciencias del dise˜no deben co- municarse de manera efectiva
Este proceso est´a estructurado en un orden nominalmente secuencial; sin embargo, no se espera que los investigadores procedan siempre en orden secuencial desde la actividad
uno hasta la actividad cinco. En tal sentido, el desarrollo del sistema de este estudio consta de tres casos: primero, el desarrollo, implementaci´on y evaluaci´on de un sistema para el monitoreo postural en personas sanas, mas adelante, un estudio de contexto para el dominio del problema, y finalmente el redise˜no y evaluaci´on del sistema de monitoreo en ancianos con bajas competencias digitales y moderado deterioro funcional (Ver Fig. 1.2).
Caso I
Adulto mayor Observaciones Actividades fisicas
Caso III
Adulto mayor Giroscopios &
acelerometros Caso II
Estudiantes Acelerómetros Monitoreo
estático Monitoreo
dinámico
Figura 1.2. Modelo del proceso de la investigaci´on para el monitoreo postural
1.4.1. Caso I. Implementaci´on y evaluaci´on de un dispositivo port´atil para posturas de la columna
Mantener una postura inadecuada durante un per´ıodo prolongado de tiempo puede provocar problemas de salud, como, por ejemplo; una alineaci´on incorrecta de las v´ertebras y el disco degenerativo acelerado. La persistencia de estos s´ıntomas puede causar dolor de espalda, deterioro neurol´ogico, deformidad y problemas cosm´eticos. Se han propuesto algunos prototipos port´atiles para supervisar la postura de la columna vertebral, sin em- bargo, no se han tenido suficientemente en cuenta la experiencia del usuario con estos dispositivos, para comprender qu´e caracter´ısticas son fundamentales para mejorar la ex- periecia y el uso a largo plazo.
Objetivo de la soluci´on
El objetivo fue desarrollar un sistema de monitoreo postural que considere tanto fac- tores tecnol´ogicos, como factores de experiencia del usuario; es decir, consideramos que es tan importante poder monitorear con precisi´on la postura, as´ı como mejorar la experi- encia de usar estos sistemas de monitoreo.
Dise˜no y Desarrollo
Se dise˜n´o e implement´o un prototipo, al que llamamos StraightenUp. Para ello, us- amos tres aceler´ometros (LilyPad ADXL335) ubicados en un soporte a lo largo de la columna vertebral, fijados en una misma direcci´on para minimizar errores de orientaci´on.
El soporte consta de tres bandas (superior, central, inferior) que son ajustadas en la parte frontal (hombros, pecho, cintura). Para el control de los sensores usamos los siguientes componentes: placa controladora (ATmega32U4), conexi´on inal´ambrica bluetooth (HC- 05) y una bater´ıa (100mA). Estos componentes est´an dispuestos en una caja que puede ser fijada en la parte inferior ya sea al costado derecho o izquierdo.
Evaluaci´on
Se reclut´o a 30 estudiantes de educaci´on superior (7 mujeres y 23 hombres). Los participantes informan tener molestias de columna durante las horas de trabajo, la mayor parte de este tiempo permanecen sentados, el promedio de tiempo de esta postura es de 9,4 horas por d´ıa.
Para evaluar la usabilidad y dise˜no del dispositivo, en primer lugar, registramos datos mediante el dispositivo StraightenUp mientras los estudiantes adoptaron 6 posturas dis- tintas durante 20 segundos cada una. Las posturas fueron realizadas en una secuencia predefinida; primero hacia atr´as, luego erguido, relajado, inclinado aproximadamente 30 grados, inclinado 60 grados y finalmente inclinado hacia adelante lo m´as bajo posible.
Luego, utilizamos el cuestionario AttrakDiff1y entrevistas semiestructuradas para cono- cer la percepci´on subjetiva del atractivo del dispositivo. Finalmente, usamos un Mapa Tem´atico para codificar y analizar los datos cualitativos (Clarke & Braun, 2013).
Contribuci´on
El dispositivo clasifica 6 posturas humanas en tiempo real mediante tres aceler´ometros triaxiales conectados al tronco. La experiencia de usar este dispositivo fue positiva, de
1AttrakDiff, herramienta para evaluaci´on de experiencia de usuario. Disponible en:
http://attrakdiff.de/index-en.html
hecho, los participantes manifestaron que el dispositivo fue c´omodo de usar y podr´ıa ser
´util para controlar la postura espinal durante las horas de trabajo cuando est´an sentados.
Este dispositivo podr´ıa apoyar el diagn´ostico de desbalance sagital en pacientes mayores debido a la deformaci´on de la columna vertebral.
1.4.2. Caso II: Identificar, mediante observaci´on, las actividades diarias de adultos mayores institucionalizados
A medida que la investigaci´on en dispositivos para fines de salud es un ´area relati- vamente nueva, todav´ıa no hay un terreno com´un de c´omo monitorear adecuadamente la postura de la columna vertebral en ancianos mientras realizan actividades de la vida di- aria y como mejorar la experiecia en la interacci´on con estos dispositivos port´atiles. Hay variados factores a considerar, e.g. la salud, sus h´abitos, la autoimagen, la percepci´on y preferencias, por lo que se necesita mucha m´as investigaci´on en este grupo demogr´afico (Yu et al., 2012).
Objetivo de la soluci´on
Conocer las caracter´ısticas y/o comportamiento de los ancianos con vida asistida mien- tras realizan actividades f´ısicas, para lograr una mejor comprensi´on de su nivel de activi- dad y de c´omo se podr´ıan desarrollar sistemas para el monitoreo postural constante durante sus actividades.
Dise˜no y Desarrollo
Para lograr con el objetivo planteado, la t´ecnica usada en este caso es la observaci´on.
Esta tecnica es una forma de saber lo que una persona est´a haciendo sin que la persona lo diga (Corbin et al., 2008). Resulta apropiado usar la observaci´on para este estudio, ya que se desea conocer el comportamiento de personas mayores mientras realizan actividades diarias, conocer sus caracter´ısticas, necesidades y limitaciones. Por la relativa flexibilidad de la t´ecnica se permiti´o ir poniendo ´enfasis en aspectos que consideraba m´as importantes, a partir de reflexiones personales y tambi´en de teor´ıas revisadas con anterioridad.
Evaluaci´on
Los participantes que fueron parte de este estudio son 69 sujetos (31 hombres y 38 mujeres) con edades comprendidas entre los 60 y 98 a˜nos. Los sujetos pertenecen a una residencia de ancianos ubicada en la ciudad de Santiago de Chile, ellos presentan un moderado deterioro funcional. De acuerdo con la informaci´on proporcionada por la in- stituci´on, en este grupo de personas tan solo el 33% son autovalentes, mientras que el 66%
son semivalentes. M´as del 50% de residentes usan un dispositivo para movilizarse. Las observaciones se realizaron durante actividades f´ısicas grupales, estas actividades fueron conducidas por el Kinesi´ologo y estudiantes de pr´actica. Las observaciones duraron aprox- imadamente una hora por tres dias, un investigador escribi´o un relato sobre las actividades, comportamientos, caracterisiticas, y espacios.
Contribuci´on
Este estudio describe el comportamiento de personas mayores mientras realizan ac- tividades diarias dentro de una instituci´on, permiti´endonos conocer la situaci´on actual de este grupo de personas con relaci´on a su salud y relaciones interpersonales.
1.4.3. Caso III. Reconocimiento de actividades para adultos mayores, basado en un dispositivo port´atil
Dado el creciente n´umero de personas mayores y la falta de informacion objetiva sobre posturas durante actividades cotidianas, el monitoreo de actividades diarias usando sen- sores port´atiles en el cuerpo puede usarse para promover la calidad de vida y estilos de vida m´as saludables.
Objetivo de la soluci´on
Se desea conocer la postura corporal de ancianos mientras realizan actividades de la vida diaria, para lo cual proponemos el monitoreo de actividades mediante un sistema de sensores fijado a la columna que consta de tres sensores inerciales (aceler´ometros y
giroscopios). Adem´as de corroborar la precisi´on de estos sensores, nos interesa conocer la percepci´on del usuario hacia el dispositivo.
Dise˜no y Desarrollo
Al entender las condiciones, caracter´ısticas y necesidades de las personas mayores que viven en hogares asistidos se plantea el redise˜no del dispositivo usado en el caso I, con- siderando aspectos de precisi´on y experiencia de usuario se desarrolla un nuevo prototipo denominado StraightenUp+. Para mejorar la precisi´on se utilizaron tres sensores iner- ciales, cada uno compuesto por un aceler´ometro triaxial y un giroscopio triaxial. Los datos registrados por estos sensores son usados para desarrollar un algoritmo de reconocimiento de actividad constante utilizando un ´arbol de decisi´on. A diferencia del dise˜no del caso I, en el que presentamos 3 bandas que cruzan la parte superior, media e inferior del tronco, junto a una caja situada al costado de la banda inferior, optamos por un arn´es que tiene la forma de una mochila con dos bandas que pasan por los hombros y una banda que pasa por la cintura. Los sensores y la tarjeta principal se encuentran en la banda posterior.
Evaluaci´on
En esta etapa los participantes fueron 30 ancianos (15 mujeres, 15 hombres) con edades desde 60 hasta 83 a˜nos. Todos los participantes viven en un hogar asistido y tienen un alto grado de dependencia. En cuanto a las competencias digitales, 28 personas carecen de habilidades digitales y 2 son altas o medianas. Los participantes usaron el dispositivo aproximadamente 20 minutos mientras realizaban una secuencia predefinida de actividades de gimnasia como, por ejemplo; caminar, sentarse, tocar la punta de los pies, alzar los brazos y bajar los brazos. Luego, evaluamos la expericia del usuario, en t´erminos de usabilidad y apariencia mediante el custionario de Attrakdiff junto a entrevis- tas semiestructuradas para conocer la satisfacci´on del uso de StraightenUp+.
Contribuci´on
La contribuci´on de este documento es un nuevo enfoque para el monitoreo de la ac- tividad mediante un dispositivo port´atil adherido al tronco que mide la postura (´angulos tanto en el eje “x” como en el eje “y”). Este dispositivo puede identificar las actividades de la vida diaria como; caminar, pararse, sentarse, tocar la punta de pies, levantar bra- zos, bajar brazos y posturas transicionales como inclinarse para pararse o inclinarse para sentarse. Adem´as, este trabajo eval´ua la experiencia de usuario de personas mayores con bajas competencias digitales cuando interactuan con un dispositivo portatil adherido al tronco.
1.5. Resultados
1.5.1. Caso I. Implementaci´on y evaluaci´on de un dispositivo port´atil para postura de columna
Esta secci´on presenta el an´alisis de los resultados obtenidos de la evaluaci´on de Straight- enUp en personas sanas. Primero mostramos los resultados de StraightenUp para el mon- itoreo de la postura. Luego, discutimos y realizamos un an´alisis cualitativo de las entre- vistas individuales, y finalmente mostramos los resultados de la experiencia del usuario medido con el cuetionario de Attrakdiff.
1.5.1.1. Rendimiento de StraightenUp Datos aceler´ometro
La Tabla 1.1 muestra los valores promedio y desviaci´on est´anda sobre las seis posturas (extensi´on, r´ıgido, relajado, inclinado 60 grados, inclinado 30 grados, flexi´on) caracteri- zadas por los tres sensores (s1, s2, s3). La concentraci´on de datos del sensor 1 durante las posturas de extensi´on y flexi´on son dispersas en relaci´on con los datos de las otras posturas. Esta dispersi´on de datos probablemente es una consecuencia de la orientaci´on
del sensor por los movimientos de la cabeza al colocar su tronco totalmente extendido o flexionado. Por otro lado, el sensor 2 presenta mayor variabilidad en las distintas posturas respecto a los otros dos sensores, posiblemente debido a la diferente contextura de cada participante.
Tabla 1.1. Estad´ıstica descriptiva (M = media, SD = desviaci´on est´andar)
Postura Sensores
s1 s2 s3
M SD M SD M SD
Extensi´on -56,62 14,92 49,32 57,38 -47,36 52,27
R´ıgido -45,72 5,27 -36,6 70,37 -60,26 28,92
Relajado -42,94 4,38 -29 78,41 -60,88 29,33
Inclinaci´on 60o -20,24 6,52 -59,5 5,73 -48,35 11,83 Inclinaci´on 30o -4,96 9,45 -33,8 15,81 -35,07 12,66
Flexi´on 11,78 24,27 -0,62 17,04 -13,37 14,71
Matriz de confusi´on
Los resultados de clasificaci´on de posturas se muestran en la Tabla 1.2, se observa que el modelo de clasificaci´on estad´ıstica es robusto y capaz de discriminar con precisi´on entre seis posturas corporales con un 99,5% de casos correctos. El error que se presenta en la clasificaci´on se debe a la similitud de las posturas entre; r´ıgido, relajado y extensi´on.
Tabla 1.2. Matriz de confusi´on para la clasificaci´on de posturas est´aticas
Extensi´on R´ıgido Relajado 60 30 Flexi´on ´Indice TP
% Precisi´on
%
Extensi´on 1490 6 3 0 0 0 99,3% 99,7%
R´ıgido 2 1485 13 0 0 0 99% 99,1%
Relajado 2 7 1491 0 0 0 99,4% 98,9%
60 0 0 0 1496 4 0 99,7% 99,9%
30 0 0 0 1 1498 1 99,9% 99,7%
Flexi´on 0 0 0 0 0 1500 100% 99,6%
1.5.1.2. An´alisis de entrevistas
Los investigadores transcribieron los comentarios de las entrevistas individuales y con- struyeron un mapa tem´atico (Ver Fig. 1.3). Podemos ver que los principales temas discu- tidos son: motivaci´on de uso, percepci´on del dispositivo, frecuencia de uso y expectativas.
Salud
Información
Monitoreo
Estética
Positivo
Negativo
Cómodo/
adaptable Liviano/
práctico
Tamaño (caja) Ponerlo/
sacarlo
Tiempo
Trabajo/
sentado Casa/
confianza Horas de trabajo Lugar
Motivación
Percepción
Frecuencia de uso
Retroalimentación Expectativa
Figura 1.3. Mapa tem´atico de las entrevistas individuales
El mapa tem´atico permiti´o que emergieran los siguientes temas de las entrevistas indi- viduales de los participantes. Para identificar las citas hemos usado la letra P:
(i) Percepci´on del dispositivo: En general, a todos los participantes les gust´o el concepto y lo encontraron ´util y pr´actico. Describieron la interacci´on general con el dispositivo como muy c´omoda, y les gust´o el concepto de prenda de vestir que se ajusta al cuerpo. “Es bastante simple no es un dispositivo que tenga o que sea dif´ıcil de instalar o ponerse bastante pr´actico, que casi no tiene cable”(P3).
Sin embargo, la mayor´ıa de participantes se˜nalaron que la caja ubicada en la parte lateral de la banda inferior es grande e inc´omoda para algunas posturas.
“No es muy est´etico, la caja debe estar m´as fija y menor el bulto que hace en el cuerpo” (P5).
(ii) Motivaci´on del uso: Los participantes mencionan que la informaci´on propor- cionada por el dispositivo puede mejorar los h´abitos posturales y reducir la in- comodidad en la columna vertebral. “Yo creo que si lo usar´ıa, porque bueno yo tengo problemas en la espalda corregir la postura es importante uno no est´a tan consiente en el d´ıa tratando de recordar cada momento que tengo que cor- regir mi postura como para eliminar el dolor que siento”(P12). Un participante muestra ning´un inter´es en el dispositivo. “Creo que no usar´ıa el dispositivo por cuestiones personales, para mejorar la postura har´ıa ejercicio mejorar la conciencia corporal de manera menos artificiales” (P15).
(iii) Frecuencia de uso: El lugar apropiado para usar el dispositivo por parte de la mayor´ıa de participantes es la oficina (lugar de trabajo) durante las horas que est´an sentados. “El tiempo que estoy en el trabajo m´as tiempo sentado y es cuando m´as dolor tengo cuando estoy en el trabajo, es un ambiente de confianza no en la calle lo vea y por ejemplo y dar´ıa un poco de verg¨uenza” (P8).
(iv) Expectativas del dispositivo: Todos los participantes indicaron que una se˜nal de retroalimentaci´on es necesario para alertar malas postura. “Ser´ıa super ´util como pa saber hoy hiciste esto con una buena postura, una notificaci´on m´as que el dispositivo me vibre o me suene prefiero que fuese m´as silencioso que se notara que lo estoy usando” (P29).
1.5.1.3. Experiencia del usuario
La evaluaci´on de la experiencia del usuario esta basada en el cuestionario de AttrakDiff que mide cuatro dimensiones: calidad pragm´atica (PR), es la experincia sobre el atractivo del producto, en t´erminos de usabilidad y utilidad. Los factores hed´onico estimulaci´on (H-S) y hed´onico identidad (H-I) incluyen necesidades emocionales, como la curiosidad y la identificaci´on. El atractivo resultante (AT) se basa en el encanto general del producto.
StraightenUp obtiene la mejor puntuaci´on en atracci´on (AT; M 0,92) seguida del atrib- uto pragm´atico (PR; M 0,89) y la cualidad hed´onico de estimulaci´on (H-S; M 0,89), mien- tras que la puntuaci´on m´as d´ebil se encuentra en la categor´ıa de cualidad hed´onico identi- dad (H-I; M 0,49). Esta informaci´on se muestra en la Figura 1.4.
-3 -2 -1 0 1 2
3 Atractivo (AT)
Hedónico estimulación (H-S) Hedónico indentidad (H-I) Pragmático (PR)
Figura 1.4. Valores promedio de atractivo (AT), cualidad pragm´atica (PR), hed´onica identidad (H-I) y caracter´ıstica hed´onica estimulaci´on (H-S)
Algunos aspectos como mal gusto, baja calidad, cauto y feo; tuvieron puntuaciones por debajo de cero (Ver Fig. 1.5), esto significa que StraightenUp se percibe como un dispositivo no presentable, es decir, no tiene la apariencia de un producto terminado. Los participantes sugieren que algunos aspectos como el n´umero de correas y el tama˜no de la caja podr´ıan ser reducidos.
Humano Técnico
Complicado Sencillo
Práctico Simple Predecible
Claramente estructurado Manejable
Me conecta Profesional Con estilo Alta calidad Me integra Me acerca a la gente Presentable
Creativo Ingenioso
Audaz Innovador Cautivante Exigente Novedoso Placentero Atractivo Agradable Me invita Bueno Me atrae Poco práctico
Complejo Poco predecible Poco manejable
Poco profesional De mal gusto Baja calidad Me excluye Me separa de la gente Poco presentable Poco imaginativo
Conservador Aburrido Poco exigente
Corriente Poco placentero
Desagradable Me rechaza
Me repele Poco motivante Convencional
Motivante -3 -2 -1 0 1 2 3 PQ
ATT HQ-I
HQ-S
Confuso Me aisla
Cauto
Feo
Malo
Figura 1.5. Evaluaci´on del par de palabras sobre StraightenUp
1.5.2. Caso II. Identificar, mediante observaci´on, las actividades diarias de adultos mayores institucionalizados
Los resultados obtenidos de la observaci´on de las personas mayores que viven en una Instituci´on sobre la participaci´on y comportamiento durante las actividades en un d´ıa co- tidiano abarcan dos grandes ´areas: (1) condiciones de salud y (2) relaciones interperson- ales. Para identificar las citas hemos usado la letra O de observaci´on.
1.5.2.1. Condiciones de Salud
Durante las observaciones los sujetos mostraron varios aspectos sobre sus limitaciones en cuanto al estado funcional, emergiendo 3 categor´ıas: (1) envejecimiento no activo, (2) h´abitos nutricionales y (3) dependencia (dispositivo auxiliar para caminar).
Envejecimiento no activo
Se observa que, de un total de 69 residentes, la participaci´on en las actividades f´ısicas es baja (35%). “Para la realizaci´on de los ejercicios todos los participantes est´an senta- dos, algunos intentan seguir las instrucciones dadas por el kinesi´ologo, sin embargo, ellos tienen dificultades con la orientaci´on, posiblemente por problemas visuales, auditivos, f´ısicos o cognitivos”. (O1,3)
H´abitos nutricionales
Esta subcategor´ıa se refiere al tipo de alimentos que consumen los residentes, la mayor´ıa de ellos eligen alimentos dulces. “Durante las actividades f´ısicas se hace una pausa para la colaci´on, hay tres opciones de comida: jalea, quaker o leche, la mayor´ıa prefiere jalea”.
(O1,9)
Dependencia
Esta subcategor´ıa se refiere al estado funcional del adulto mayor para movilizarse.
“Los participantes van llegando de a poco a las actividades f´ısicas, algunos necesitan ayuda para trasladarse, ellos usan dispositivos auxiliares como silla de ruedas, bast´on o andador”
(O1,12)
1.5.2.2. Relaciones interpersonales
Esta dimensi´on emergi´o de observar y escuchar las interacciones entre los residentes del Instituto durante actividades cotidianas, donde se percibe que ellos tienen escasa comu- nicaci´on con sus compa˜neros. En este caso se identificaron 3 categor´ıas: (1) participaci´on, (2) segregaci´on por g´enero y (3) interacci´on.
Participaci´on
Este apartado, se refiere a las actividades f´ısicas que los residentes son convocados a participar de forma grupal (hombres y mujeres), estas actividades pueden resultar abru- madoras para el residente: “Durante las actividades grupales, los residentes hombres pre- fieren observar las actividades de sus compa˜neros”. (O1,11) “Hay tres residentes mujeres ubicadas en el centro de la pista junto al instructor, los dem´as observan desde sus puestos.”.
(O1,14)
Segregaci´on por g´enero
Esta subcategor´ıa se refiere a la restricci´on de espacios de acuerdo con el g´enero: “Los residentes hombres no pueden servirse sus alimentos en el comedor de mujeres. Cada
´area est´a organizada y adecuada de acuerdo con las necesidades de los residentes. “En el comedor tanto de hombres como en el de mujeres; tienen asignado un puesto especifico en la mesa.” (O1,22)
Interacci´on
Finalmente, esta subcategor´ıa se refiere a que los adultos mayores institucionalizados podr´ıan no sentir inter´es por conocer y ser amigo de sus compa˜neros. “En el comedor es- pec´ıficamente de los residentes hombres, hay silencio durante la hora de comida”. (O1,20)
1.5.3. Caso III. Reconocimiento de actividades para adultos mayores, basado en un dispositivo port´atil
Esta secci´on presenta el an´alisis de los resultados obtenidos de la evaluaci´on de Straight- enUp+ en personas mayores con vida asistida. En primer lugar, mostramos los resultados de la clasificaci´on de actividades que fueron evaluados con R2y el software libre Weka3. Luego se muestra la evaluaci´on de las caracter´ısticas cualitativas, se codifican las notas de voz y se discuten los temas recurrentes, y finalmente se presenta los resultados de la experiencia del usuario el cual consiste en cuestionarios espec´ıficos para la percepci´on de utilidad del dispositivo. Se les pregunt´o a los participantes c´omo percib´ıan las carac- ter´ısticas de StraightenUp+ para calificar su impresi´on con respecto a la opini´on general, el uso, la impresi´on y la interacci´on.
1.5.3.1. Clasificaci´on de actividades
Las diferentes actividades y sus descripciones se dan en la Tabla 1.3. Los datos adquiri- dos fueron etiquetados manualmente.
Tabla 1.3. Lista de actividades (A1...A8) Actividad Descripci´on de la actividad
A1 Caminata
A2 Transici´on de parado a sentado
A3 Sentado
A4 Tocar la punta de los pies A5 Levantar brazos
A6 Bajar brazos A7 Sentado erguido
A8 Transici´on de sentado a parado
2R, disponible en: https://www.rstudio.com/products/rstudio/download
3Weka, disponible en: http://www.cs.waikato.ac.nz/ml/weka
Descripci´on estad´ıstica
La Tabla 1.4 contiene informaci´on descriptiva: la media aritm´etica y la desviaci´on est´andar , para cada uno de los sensor (s1, s2, s3) considerado a lo largo de las actividades (A1...A8). Se observa que los valores que se obtienen de los tres sensores durante la actividad A4 tienen mayor dispersion con respecto a las demas actividades. La ejecuci´on de esta actividad demanda esfuerzo para algunos participantes.
De igual manera, podemos observar que el sensor uno, el cual est´a ubicado en la parte superior del tronco, tiene mayor variabilidad en relaci´on con los otros dos sensores (s2 y s3) que est´an ubicados en la parte media e inferior del tronco.
Tabla 1.4. Estad´ıstica descriptiva (M = media, SD = desviaci´on est´andar)
Actividades Sensores
s1 s2 s3
M SD M SD M SD
A1 -26,46 9,71 -80,13 5.27 -77,26 6,82
A2 4,2 17,06 -65,9 11,49 -63,13 12,33
A3 -33,65 9,48 -77,14 7,18 -78,67 7,49
A4 22,19 22,23 -55,28 17,05 -56,38 15,84
A5 -49,01 11,14 -66,56 8.19 -76,25 8,02
A6 -32,47 9,99 -75,45 8.63 -77,48 8,13
A7 -40,22 9,08 -70,75 6.36 -77,35 7,64
A8 -4,56 19,61 -70,16 12,69 -67,62 11,25
Matriz de confusi´on (Weka)
El resultado de la clasificaci´on de actividades desde un algoritmo basado en ´arbol de decisi´on se muestra en la Tabla 1.5, se observa que en general las actividades desde la A1 hasta la A8 se clasifican de forma correcta con una tasa de precisi´on de 93,5%. Se muestra que las confusiones en la mayor´ıa de los casos ocurren con respecto a la actividad A1 como (A1, A3), (A1, A8). Tambi´en se puede observar que las actividades como A5, A6, son m´as f´aciles de reconocer que las actividades de transici´on como A2, y A8.
Tabla 1.5. Matriz de confusi´on para actividades
A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 TP Rate % Precision %
A1 3158 6 25 6 4 3 4 3 0,98% 0,93%
A2 43 289 2 41 1 0 2 9 0,75% 0,86%
A3 60 2 772 0 10 5 3 0 0,91% 0,93%
A4 34 12 5 1213 2 2 1 4 0,95% 0,94%
A5 12 3 14 1 709 9 16 0 0,93% 0,95%
A6 18 1 4 5 7 443 4 1 0,92% 0,96%
A7 18 1 5 2 9 2 882 0 0,96% 0,90%
A8 49 23 2 23 5 2 3 159 0,60% 0,94%
1.5.3.2. Caracter´ısticas cualitativas Entrevistas
Para comprender c´omo se sintieron los residentes usando el dispositivo StraightenUp+, codificamos notas de entrevistas semiestructuradas y seleccionamos temas recurrentes de los entrevistados. Las citas de los usuarios del dispositivo se identifican de la siguiente manera; participante 1 (P1). En la siguiente secci´on se presentan cuatro temas principales que fueron identificadas entre los residentes:
(i) Percepci´on del dispositivo: La mayor´ıa de residentes se˜nalan que el dispositivo es c´omodo de usar, las bandas son flexibles que se ajustan a la contextura y pro- porciona sensaci´on de protecci´on “No molesta para nada, todo lo contrario, me sent´ıa como protegida. Las bandas era como que me hubiera puesto una ropa”
(P18). Adem´as, para ellos el dispositivo es liviano, practico e imperceptible. Un participante indic´o la forma del dispositivo mediante una comparaci´on, ”Una cosa normal dir´ıa yo. No me incomod´o para nada, pero no lo sent´ı. Era como cualquier mochila” (P25). Sin embargo, un participante se˜nala inconformidad respecto al uso del dispositivo. “No lo usar´ıa por una, no estoy habituado, y otra estar´ıa siempre preocup´andome de andar perfecto parecer´ıa una maquina”
(P1).
(ii) Motivaci´on de uso: La mayor´ıa de los participantes valoraron el dispositivo como un art´ıculo que puede ayudar en su salud. Un participante se˜nala que el dispositivo podr´ıa servir de soporte para mantener el equilibrio. “Yo lo usar´ıa, seg´un el tiempo. Si le hace bien a uno de la enfermedad, no tengo dolor de columna nada. Pero tengo problemas con el movimiento del cuerpo, porque a veces voy andando y de repente se me va. Si fuera el cuerpo a un lado y anal- ice entonces podr´ıa pescar con alg´un gancho alguna cosa lo pescar´ıa entonces ah´ı estar´ıa controlando el dispositivo” (P3). Para algunos el dispositivo propor- ciona seguridad. “Cuando camino, para no caerme para estar segura de que voy caminando bien. Yo salgo mucho a la calle, tengo 84 a˜nos, tomo micro, tomo el metro, y me gustar´ıa estar segura de que no me voy a caer ni me van a empujar ni van a botar” (P24).
(iii) Frecuencia de uso: Algunos participantes se˜nalan que ser´ıa apropiado usarlo durante la ejecuci´on de ejercicios f´ısicos, otros prefieren usarlo durante las horas de reposo. “Unas dos horas, en las horas de reposo que es lo que no impide entre tiempo de trabajo” (P7). Tambi´en hay usuarios que desean usarlo mientras el dispositivo no sea visible. “Para mi deber´ıa ser interior eso es lo b´asico, porque nadie se dar´ıa cuenta ni nadie me criticara ni nadie me estar´ıa diciendo si uso o no uso” (P4).
(iv) Expectativas: Dado a las condiciones de algunos usuarios, el dispositivo de- ber´ıa presentar retroalimentaci´on t´actil o auditiva para mejorar la acci´on de pon- erlo y quitarlo. “Podr´ıan mejorar, que uno no se equivoque en poner, que le pongan, como es que dijera..., algo que uno no se equivoque al ponerlo, para que no se mande ning´un, como decimos en Chile, ning´un condoro. Algo como que le diga cu´al es el izquierdo, cu´al es el derecho” (P18). Por otro lado, algunos participantes desean usar StraightenUp+ de forma continua para conocer m´as el sistema y acostumbrarse a ´el. “Mire a m´ı me gust´o todo, porque me imagino que este dispositivo debe ser genial. Lo que uno no est´a acostumbrada con estas
cosas, pero al final se acostumbra a las cosas que uno nunca ha usado. Siempre y cuando ayude en algo eso si” (P23).
Experiencia del usuario con StraightenUp+
La escala de cuestionario de AttrakDiff evalu´o la percepci´on de los usuarios sobre la eficiencia del sistema, la satisfacci´on, el compromiso y el atractivo del uso. La escala investig´o cuatro dimensiones posibles del sistema el atractivo percibido del producto (AT), calidad pragm´atica (PR), calidad hed´onica identidad (H-I) y calidad hed´onica estimulaci´on (H-S). Como se muestra en la Figura 1.6, los puntajes promedio mostrados de las cuatro dimensiones se encuentran en la regi´on positiva con valores por encima de 1, siendo la cualidad atractiva con mejor puntuaci´on (AT=2,11), por el contrario, la caracter´ıstica que obtuvo la puntuaci´on m´as baja es la cualidad hed´onico estimulaci´on (H-S=1,05). Por lo tanto, los participantes se sintieron atra´ıdos, satisfechos, motivados y estimulados por el dispositivo.
-3 -2 -1 0 1 2
3 Atractivo (AT)
Hedónico estimulación (H-S) Hedónico identidad (H-I) Pragmático (PR)
Figura 1.6. Puntuaciones en las cuatro dimensiones de Attrakdiff
En la Figura 1.7, se observa en detalle la calificaci´on subjetiva de los participantes ha- cia StraightenUp+. El dispositivo se calific´o a trav´es de 28 categor´ıas de pares de palabras.
En general, el dispositivo se evalu´o de manera altamente positiva en t´erminos de atracci´on (por ejemplo, agradable, bueno y motivante). Sin embargo, caracter´ısticas de estimulaci´on como conservador y poco exigente tiene puntuaciones negativas. Es decir, el dispositivo tiene caracter´ısticas familiares (prenda de vestir) y no demanda carga cognitiva.
Humano Técnico
Complicado Sencillo
Práctico Simple Predecible
Claramente estructurado Manejable
Me conecta Profesional Con estilo Alta calidad Me integra Me acerca a la gente Presentable
Creativo Ingenioso
Audaz Innovador Cautivante Exigente Novedoso Placentero Atractivo Agradable Me invita Bueno Me atrae Poco práctico
Complejo Poco predecible Poco manejable
Poco profesional De mal gusto Baja calidad Me excluye Me separa de la gente Poco presentable Poco imaginativo
Conservador Aburrido Poco exigente
Corriente Poco placentero
Desagradable Me rechaza
Me repele Poco motivante Convencional
Motivante -3 -2 -1 0 1 2 3 PQ
ATT HQ-I
HQ-S
Confuso Me aisla
Cauto
Feo
Malo
Figura 1.7. Evaluaci´on del par de palabras sobre StraightenUp+
1.6. Discusi´on
Este estudio presenta el dise˜no, implementacion y evaluacion de StraightenUp (en dos versiones) para el monitoreo de postura y movimiento corporal mediante un sistema de sensores unidos al tronco. Este dispositivo consta de 3 sensores inerciales distribuidos a lo largo de la columna. Se demuestra la precisi´on y satisfacci´on de StraightenUp con personas j´ovenes y mayores.
La precisi´on de StraightenUp fue prometedora, lo que significa que podr´ıa apoyar el monitoreo y control del movimiento corporal, que a su vez apoyan el diagn´ostico cl´ınico
y los tratamientos m´edicos. Los resultados fueron consistentes con otros que utilizaron sensores inerciales (Martinez-Mendez et al., 2012; Sheehan et al., 2014).
Las entrevistas y cuestionarios sobre la percepci´on en t´erminos de usabilidad y apari- encia de StraightenUp demostraron entusiasmo y satisfacci´on en el uso de ´este. Muchos de los participantes que entrevistamos citaron la comodidad, practicidad y familiaridad del dispositivo, ellos lo compararon con un mochila liviana e imperceptible. Estas car- acter´ısticas podr´ıan presentar potencial para aumentar el uso (Shih et al., 2015; C. Lee, 2013).
La mayor´ıa de personas mayores involucradas en este estudio declara no haber us- ado computador/internet, ellos usan tel´efonos an´alogos para solamente realizar o recibir llamadas. A pesar de la falta de interacci´on con la tecnolog´ıa, los participantes de este estudio estaban muy interesados en usar la tecnolog´ıa siempre y cuando ayude en algo.
Uno de los factores importantes para la adopci´on tecnol´ogica por parte de los usuarios es que ”necesitan convencerse del valor” (Ehrenhard et al., 2014; Young et al., 2014; Heinz et al., 2013). Estudios anteriores muestran que las personas mayores est´an dispuestos a probar nuevos sistemas tecnol´ogicos, algunos ancianos ya explotan f´acilmente los ser- vicios en l´ınea como b´usqueda de informaci´on, comunicaci´on con familiares y amigos, uso de redes sociales o pagos en l´ınea (Machado et al., 2015). Algunas de las lecciones m´as importantes que se aprendi´o en el transcurso de este estudio se relacionaron con la reacci´on que nuestros participantes mostraron luego de usar el dispositivo. Los partici- pantes j´ovenes est´an interesados en la est´etica y utilidad de StraightenUp, ellos se˜nalan que se podr´ıa usar bajo la ropa para controlar la postura espinal durante las horas de tra- bajo. Por el contrario, los participantes mayores se centraron en la utilidad del dispositivo, manifiestan la sensaci´on de apoyo en los movimientos. Se cree que las personas mayores institucionalizadas que fueron parte de este estudio mostraron actitudes receptivas hacia el dispositivo por el deseo de compa˜n´ıa y seguridad o compromiso social. De hecho, estudios similares demuestran esta acci´on (Fern´andez-Mayoralas et al., 2015).
La principal limitaci´on de este estudio es el tiempo de interacci´on con el dispositivo, fue un per´ıodo deliberadamente corto (30 minutos), con el objetivo de obtener impresiones iniciales. Existe una gran oportunidad para probar dispositivos port´atiles durante per´ıodos m´as largos para determinar la adherencia a largo plazo y para probar los dispositivos con una poblaci´on adulta mas joven.
1.7. Conclusiones
Se evalu´o la experiencia del usuario al monitorear la postura de la columna de personas j´ovenes y mayores mediante un sistema de sensores fijado a la columna que consta de tres sensores inerciales (aceler´ometros y giroscopios). El desarrollo, dise˜no y evaluaci´on del sistema consta de tres casos: (1) Dise˜no, implementaci´on y evaluaci´on de un dispositivo port´atil para monitorear la postura de la columna en personas sanas. (2) Observaci´on de comportamientos, limitaciones, necesidades de los ancianos con vida asistida mientras re- alizan actividades f´ısicas para conocer y entender el nivel de actividad de estas personas.
(3) Redise˜no y evaluaci´on del dispositivo en ancianos con bajas competencias digitales.
En el primer caso, el dispositivo port´atil nombrado como StraightenUp clasific´o 6 pos- turas humanas en tiempo real mediante tres aceler´ometros triaxiales adheridos al tronco.
La experiencia del usuario en t´erminos usabilidad y apariencia fue positiva. Los partici- pantes valoran la utilidad que podr´ıa ofrecer este dispositivo al controlar la postura durante las horas de trabajo, aumentando la conciencia corporal y disminuyendo la incomodidad de la columna vertebral. Sin embargo, algunos de los participantes no percibieron que el dispositivo fuera ´util y c´omodo, para ellos el control de la postura debe ser menos arti- ficial, la cantidad de las bandas y el tama˜no de la caja deben ser reducidos para mejorar la adaptaci´on al cuerpo. En el segundo caso, se identifica caracter´ısticas con relaci´on a la salud y relaciones interpersonales de personas mayores institucionalizadas. Estas personas muestran poco inter´es en las actividades f´ısicas, la interacci´on social es baja, tienen alto grado de deterioro funcional, la mayor´ıa de residentes usa dispositivos para movilizarse.
Finalmente en el tercer caso, se muestra un enfoque diferente para el reconocimiento de ac- tividad y postura para personas mayores mediante un dispositivo port´atil adherido al tronco llamado StraightenUp+ (versi´on mejorada de StraightenUp). Este dispositivo puede iden- tificar las actividades de la vida diaria como; caminar, pararse, sentarse, tocar la punta de pies, levantar brazos, bajar brazos y posturas transicionales como inclinarse para pararse o inclinarse para sentarse. Los participantes fueron inicialmente receptivos y entusiastas con el uso del dispositivo port´atil para el monitoreo de actividades f´ısicas, resaltaron la importancia de la comodidad, la practicidad y la familiaridad. Para algunos el dispositivo tiene apariencia de un chaleco o una mochila, que deber´ıa tener retroalimentaci´on t´actil o auditiva para mejorar la acci´on de ponerlo y quitarlo. Se cree que la atracci´on hacia el dispositivo se debe a la pasividad de los residentes, la falta de interacci´on directa con la tecnolog´ıa y el poco tiempo de uso del dispositivo. En este estudio se presentan al- gunas ideas sobre las direcciones futuras y los desaf´ıos en este contexto de aplicaci´on, ser´ıa interesante evaluar el sistema en una poblaci´on de adulto mayor en otro contexto, por ejemplo, personas que viven de forma independiente y son f´ısicamente activos. La investigaci´on debe continuar explorando los beneficios de las tecnolog´ıas de monitoreo de la actividad espec´ıficamente para adultos mayores, estas podr´ıan proporcionar nuevas formas de identificar comportamientos y realizar un seguimiento de los cambios a largo plazo de la movilidad en la vida cotidiana de esta poblaci´on, esto podr´ıa apoyar un estilo de vida saludable y activo.
DADES DIARIAS PARA PERSONAS MAYORES USANDO DISPOSITIVOS PORT ´ATILES
2.1. Introducci´on
El nivel de actividad asociado al movimiento en personas mayores puede ser un de- terminante de su salud y estado funcional. Existe evidencia de que factores como el bajo nivel de actividad f´ısica (Sallis et al., 1985) y el desequilibrio sagital (Glassman et al., 2005) contribuyen al deterioro de la salud y calidad de vida.
El monitoreo de la postura humana y el an´alisis del movimiento durante las actividades diarias pueden ser ´utiles para controlar de forma remota la salud de los pacientes, espe- cialmente las personas mayores con movilidad limitada y mayor dependencia (Groessl et al., 2007). A largo plazo, este monitoreo podr´ıa usarse para identificar el comportamiento, la forma y la intensidad con la que se llevan a cabo las actividades (Godfrey et al., 2008).
Esta informaci´on puede ser ´util para los m´edicos e investigadores que buscan compren- der el desarrollo y la progresi´on de una enfermedad, ya que ciertas afecciones cr´onicas podr´ıan estar relacionadas con el tiempo que pasaron en posturas inapropiadas o inactivi- dad general. La mala postura prolongada puede causar problemas f´ısicos como dolor de espalda, disfunci´on espinal, enfermedad degenerativa de las articulaciones y fatiga muscu- lar (Kamitani et al., 2013), as´ı como aumentar el riesgo de p´erdida de equilibrio y ca´ıdas, particularmente en personas mayores (Schwab et al., 2006).
Existen varios enfoques para medir la postura y el movimiento humano, las cuales var´ıan seg´un las necesidades espec´ıficas, la viabilidad y la precisi´on. Los m´etodos subje- tivos, como los diarios, los cuestionarios y las encuestas, son de bajo costo, pero pueden verse afectados por el sesgo de recuerdo o requerir interpretaci´on (Schrack et al., 2016).
Los m´etodos basados en observaci´on, como la grabaci´on de video, tienen los beneficios de la observaci´on directa, pero son dif´ıciles de implementar para grupos grandes (Tedesco et
al., 2017) o personas que no se encuentran en un lugar fijo. Otro enfoque es usar sensores, ya sea sensores de tel´efonos inteligentes (Lu et al., 2017), sensores de reloj inteligente (Shahmohammadi et al., 2017) o sensores fijos conectados al cuerpo, que se han usado para medir par´ametros f´ısicos y fisiol´ogicos; por ejemplo, midiendo el consumo de energ´ıa metab´olica (Freedson & Miller, 2000) y la estabilidad de la postura corporal (Bertolotti et al., 2016; Fanchamps et al., 2018; Soangra & Lockhart, 2018); predecir caidas (Bourke et al., 2007; Howcroft et al., 2017; Cola et al., 2015); y detectar actividades diarias regulares (Ermes et al., 2008; Montalto et al., 2015). Los sistemas de clasificaci´on de actividad f´ısica basados en sensores se pueden describir en t´erminos de varios factores: conjunto de datos (donde se recopilaron las actividades y qu´e actividades se eligieron como rele- vantes), n´umero de sensores, ubicaci´on de sensores, conjunto de caracter´ısticas, tama˜no de ventana y clasificador (Awais et al., 2016). La gran variedad de estudios (en tipo de dispositivo, ubicaci´on e interpretaci´on de datos) presenta un desaf´ıo cuando se comparan resultados entre estudios, y se necesita m´as investigaci´on para establecer pautas que per- mitan comparar los datos del aceler´ometro para usuarios de edad avanzada (Schrack et al., 2016).
Hay una gran cantidad de investigaciones sobre los dispositivos basados en aceler´ometro para controlar las actividades diarias. Una revisi´on sistem´atica de la investigaci´on de mon- itoreo de actividad basada en aceler´ometro hasta 2010 encontr´o que aunque un mayor n´umero de aceler´ometros proporciona una mayor precisi´on, un solo aceler´ometro mon- tado en la cintura podr´ıa ser un buen acuerdo entre comodidad y precisi´on (Cheung et al., 2011). Varios estudios recientes han demostrado que esto es cierto. Un aceler´ometro se ha utilizado con ´exito para detectar algunas actividades (por ejemplo, caminar, saltar, correr, estar parado y transiciones entre sentarse y pararse, arrodillarse y pararse) (Gupta & Dal- las, 2014). Se us´o un aceler´ometro basado en la mu˜neca para discriminar entre caminar y otras actividades (Papadopoulos et al., 2015), y un aceler´ometro colocado en el tronco inferior fue capaz de distinguir caminar y subir escaleras / descenso (Weiss et al., 2016).
Algunos estudios indican que los sensores port´atiles colocados en la cintura proporcio- nan la mayor precisi´on para predecir los movimientos del cuerpo (Pannurat et al., 2017), ya que el centro de gravedad de una persona est´a m´as cerca de la cintura y, por lo tanto, los datos generados pueden ser m´as confiables (Doughty et al., 2000). Los sensores de fuerza junto con los sensores de aceleraci´on tambi´en se han colocado en la superficie plantar del pie para medir la informaci´on para el reconocimiento confiable de posturas y activi- dades diarias t´ıpicas (Sazonov et al., 2013; Saito et al., 2011). La posici´on de los sensores debe equilibrar la discreci´on y la precisi´on (Moschetti et al., 2016). La colocaci´on de aceler´ometros en m´ultiples ubicaciones puede ser molesta para el usuario, especialmente en las aplicaciones de supervisi´on a largo plazo (Cates et al., 2018). La colocaci´on de aceler´ometros en la cintura o la cadera ha provocado problemas de cumplimiento, y los participantes han mencionado las molestias y la inconveniencia de usar el dispositivo du- rante per´ıodos prolongados (Troiano et al., 2014). Adem´as, colocar aceler´ometros en la cintura requiere consideraci´on para los participantes con obesidad (Berlin et al., 2006), con algunos estudios que limitan la cantidad de tiempo que los usuarios usan dispositivos por este motivo (Innerd et al., 2018). Un estudio reciente descubri´o que la mu˜neca era la colocaci´on preferida de una prenda de vestir, seguida del pecho y, por ´ultimo, la cintura (Zhang et al., 2016). Otro estudio encontr´o que los usuarios mayores no mostraron una clara preferencia sobre la colocaci´on de un dispositivo port´atil en el brazo, el cuello, la cintura o la mu˜neca (Rodr´ıguez et al., 2017).
Sensores flexibles y port´atiles, por ejemplo; sensores de tensi´on flexibles y el´asticos, se han utilizado para controlar el movimiento de los cuerpos de los usuarios (Nag et al., 2017). Estos sensores tambi´en se han usado para controlar la postura; por ejemplo al colocar los sensores en la rodilla y la cadera los investigadores pudieron clasificar de pie, sentado, sentado con las rodillas extendidas y algunas posturas espinales(Cha et al., 2017).
Los desaf´ıos con respecto a estos sensores son similares a los de los dispositivos port´atiles basados en aceler´ometros, por ejemplo, la comodidad de los usuarios y el efecto de los sensores en el cuerpo (Nag et al., 2017).